《糖代谢药学》

1、南方医科大学基因工程研究所南方医科大学基因工程研究所 生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室 朱利娜朱利娜 第二篇内容概要 v 生物氧化 v 糖代谢 v 脂类代谢 v 蛋白质的分解代谢 v 核酸与核苷酸代谢 v 代谢与代谢调控总论 糖糖 脂类脂类 蛋白质蛋白质 消化消化 吸收吸收 简单物质简单物质 合成合成 （同化）（同化） 复杂物质复杂物质 （异化）（异化） 分解分解 简单物质简单物质 废物废物排泄排泄 物质代谢物质代谢 合成合成 分解分解 转变转变 调节调节 生成生成 贮存贮存 释放释放 转化转化 生命现象生命现象 能量代谢能量代谢 水水 无机盐无机盐 维生素维生素 纤维素纤

2、维素 分分 解解 糖糖 葡萄糖葡萄糖 脂类脂类 甘油、脂肪酸甘油、脂肪酸 蛋白质蛋白质 氨基酸氨基酸 乙酰乙酰CoA CO2 NADH+H+ FADH2 H2O 氧化磷酸化氧化磷酸化 ADP+PiATP 三羧酸三羧酸 循环循环 第一阶段第一阶段 第二阶段第二阶段 第三阶段第三阶段 第九章 糖 代 谢 Metabolism of Carbohydrates 内容提纲 v 糖的消化吸收 v 糖的分解代谢 糖的无氧分解 糖的有氧氧化 磷酸戊糖途径 v 糖原的合成与分解 v 糖异生 v 血糖水平的调节 糖 代 谢 概 况 葡萄糖葡萄糖 酵解途径酵解途径 丙酮酸丙酮酸 有氧有氧 无无 氧氧 H2O及及C

3、O2 乳酸乳酸 糖异生途径糖异生途径 乳酸、氨基酸乳酸、氨基酸 及甘油及甘油 糖原糖原 肝糖原分解肝糖原分解 糖原合成糖原合成 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径 核糖核糖 + NADPH+H+ 食物糖食物糖 消化与吸收消化与吸收 ATP 分解代谢分解代谢： 无氧氧化无氧氧化葡萄糖在缺氧时生成乳酸葡萄糖在缺氧时生成乳酸 有氧氧化有氧氧化葡萄糖彻底氧化成葡萄糖彻底氧化成CO2和和H2O 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径提供核糖、提供核糖、NADPH 合成代谢合成代谢： 糖原的合成糖原的合成贮存贮存 转化转化： 糖异生糖异生非糖物质转变成葡萄糖或糖原非糖物质转变成葡萄糖或糖原 第一节 糖的消化与吸收 Digesti

4、on and Absorption of Carbohydrates 一、糖的消化 淀粉淀粉 -淀粉酶（唾液、胰液）淀粉酶（唾液、胰液） 麦芽糖麦芽糖 + 麦芽三糖麦芽三糖 -葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶 （包括麦芽糖酶）（包括麦芽糖酶） 葡萄糖葡萄糖 -临界糊精临界糊精+ +异麦芽糖异麦芽糖 葡萄糖葡萄糖 -临界糊精酶临界糊精酶 （包括异麦芽糖酶）（包括异麦芽糖酶） 消化产物还有少量半乳糖、果糖等单糖消化产物还有少量半乳糖、果糖等单糖 食物中含有的大量纤维素，因人体内食物中含有的大量纤维素，因人体内 无无 -糖苷酶而不能对其分解利用，但却糖苷酶而不能对其分解利用，但却 具有刺激肠蠕动等作用，也是维持

5、健康具有刺激肠蠕动等作用，也是维持健康 所必需。所必需。 1. 吸收部位：吸收部位：小肠上段小肠上段 2. 吸收形式：吸收形式：单单 糖糖 二、糖的吸收 吸收机制：吸收机制： 依赖特定载体转运，主动耗能依赖特定载体转运，主动耗能 在吸收过程中同时伴有在吸收过程中同时伴有Na+转运转运 （Na+依赖型葡萄糖转运体，依赖型葡萄糖转运体，SGLT） 4. 吸收途径吸收途径 小肠肠腔小肠肠腔 肠粘膜上皮细胞肠粘膜上皮细胞 门静脉门静脉 肝脏肝脏 体循环体循环 SGLT 各种组织细胞各种组织细胞 GLUT GLUT：葡萄糖转运体葡萄糖转运体 (glucose transporter)， 已发现有已发现有

6、5种葡萄糖转运种葡萄糖转运 体体(GLUT 15)。 第二节 糖的分解代谢 Catabolism of Glucose u 糖的无氧分解 u 糖的有氧氧化 u 磷酸戊糖途径 定义定义 反应过程反应过程 调节关键酶调节关键酶 生理意义生理意义 一、糖的无氧分解 v 概念概念 在缺氧的情况下，葡萄糖经一系列酶促在缺氧的情况下，葡萄糖经一系列酶促 反应生成丙酮酸进而还原生成乳酸的过程称反应生成丙酮酸进而还原生成乳酸的过程称 为糖的无氧氧化（为糖的无氧氧化（anaerobic oxidation），亦），亦 称称糖酵解（糖酵解（glycolysis）。 糖无氧分解的总反应式： 葡萄糖葡萄糖 + 2Pi

7、 + 2ADP 2乳酸乳酸 + 2ATP + 2H2O （一）糖无氧分解的反应过程（一）糖无氧分解的反应过程 第一阶段：葡萄糖分解为丙酮酸第一阶段：葡萄糖分解为丙酮酸 糖酵解途径糖酵解途径 第二阶段：丙酮酸还原为乳酸第二阶段：丙酮酸还原为乳酸 * 糖酵解的反应部位：胞浆糖酵解的反应部位：胞浆 乳酸乳酸 糖酵解过程 P 3 PP O OH OH CH2CH2OO 1 25 4 6 CH2O CO H2COH P 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 1 2 3 + O OH OH CH2CH2OHO P P 异构异构 6-磷酸果糖磷酸果糖 HCO HCOH H2CO P 5 6 4 磷酸甘油醛磷酸甘油醛 P

8、 P CO HCOH H2CO O 1，3-二磷酸二磷酸 甘油酸甘油酸 P CO HCOH H2CO OH 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 P CO H2C C O O H OH H 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 CO CH2 C O O H P 磷酸烯醇磷酸烯醇 式丙酮酸式丙酮酸 CO CH3 O OH C 丙酮酸丙酮酸 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 O OH CH2O P P GG 葡萄糖葡萄糖 活化活化 裂解裂解 脱氢脱氢 异构异构 PP O OH OH CH2CH2OO P 1，6-二磷二磷 酸果糖酸果糖 活化活化 产能产能脱水脱水异构异构 产能产能 H H OH 葡萄糖磷酸化为葡萄糖磷酸化为6-磷

9、酸葡萄糖磷酸葡萄糖 ATP ADP Mg2+ 己糖激酶 (hexokinase) Glu G-6-P F-6-P F-1,6-2P ATP ADP ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 丙酮酸丙酮酸 磷酸二磷酸二 羟丙酮羟丙酮 3-磷酸磷酸 甘油醛甘油醛 NAD+ NADH+H+ ADP ATP ADP ATP 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 葡萄糖葡萄糖 O CH2HO H HO OH H OH H OH H H 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 (glucose-6-phosphate, G-6-P) P P O CH2O H HO

10、 OH H OH H OH H H 第一阶段： 葡萄糖分解成2分子丙酮酸 哺乳类动物体内已发现有哺乳类动物体内已发现有4种己糖激酶种己糖激酶 同工酶，分别称为同工酶，分别称为至至型。肝细胞中存型。肝细胞中存 在的是在的是型，称为葡萄糖激酶型，称为葡萄糖激酶(glucokinase)。 它的特点是：它的特点是： 对葡萄糖的亲和力很低对葡萄糖的亲和力很低 受激素调控受激素调控 6-磷酸葡萄糖转变为磷酸葡萄糖转变为 6-磷酸果糖磷酸果糖 己糖异构酶 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 P P O CH2O H HO OH H OH H OH H H 6-磷酸果糖磷酸果糖 (fructose-6-phospha

11、te, F-6-P) Glu G-6-P F-6-P F-1,6-2P ATP ADP ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 丙酮酸丙酮酸 磷酸二磷酸二 羟丙酮羟丙酮 3-磷酸磷酸 甘油醛甘油醛 NAD+ NADH+H+ ADP ATP ADP ATP 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 6-磷酸果糖转变为磷酸果糖转变为1,6-双磷酸果双磷酸果 糖糖 ATP ADP Mg2+ 6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1(6-phosphfructokinase-1) 6-磷酸果糖磷酸果糖 1,6-双磷酸果糖双磷酸果糖 (1, 6-fructo

12、se- biphosphate, F-1,6- 2P) Glu G-6-P F-6-P F-1,6-2P ATP ADP ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 丙酮酸丙酮酸 磷酸二磷酸二 羟丙酮羟丙酮 3-磷酸磷酸 甘油醛甘油醛 NAD+ NADH+H+ ADP ATP ADP ATP 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 CH2O HO C C C C CH2O O H OH OH H H P P P P 1,6-双磷酸果糖双磷酸果糖 磷酸己糖裂解成磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖分子磷酸丙糖 醛缩酶 (aldolase) 磷酸二羟丙酮

13、磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 + CHO CHOHCHOHOH CH2POCH2P PO CH2OH CO CH2POCH2P PO Glu G-6-P F-6-P F-1,6-2P ATP ADP ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 丙酮酸丙酮酸 磷酸二磷酸二 羟丙酮羟丙酮 3-磷酸磷酸 甘油醛甘油醛 NAD+ NADH+H+ ADP ATP ADP ATP 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 磷酸丙糖的同分异构化磷酸丙糖的同分异构化 磷酸丙糖异构酶 磷酸丙糖异构酶 (phosphotriose isomerase)

14、3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 CHO CHOHCHOHOH CH2POCH2P PO 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 CH2OH CO CH2POCH2P PO Glu G-6-P F-6-P F-1,6-2P ATP ADP ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 丙酮酸丙酮酸 磷酸二磷酸二 羟丙酮羟丙酮 3-磷酸磷酸 甘油醛甘油醛 NAD+ NADH+H+ ADP ATP ADP ATP 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 3-磷酸甘油醛氧化为磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 Pi、NAD+ NADH+H+ 3-磷酸甘油醛脱

15、氢酶 3-磷酸甘油醛脱氢酶 (glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase) 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 CHO CHOHCHOHOH CH2POCH2P PO 1,3-二磷酸二磷酸 甘油酸甘油酸 O=C COH CH2POP PO P PO Glu G-6-P F-6-P F-1,6-2P ATP ADP ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 丙酮酸丙酮酸 磷酸二磷酸二 羟丙酮羟丙酮 3-磷酸磷酸 甘油醛甘油醛 NAD+ NADH+H+ ADP ATP ADP ATP 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式

16、丙酮酸 1,3-二磷酸甘油酸转变成二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 ADP ATP 磷酸甘油酸激酶 1,3-二磷酸二磷酸 甘油酸甘油酸 O=C COH CH2POP PO P PO 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 COOH COH CH2POP PO 磷酸甘油酸激酶(phosphoglycerate kinase) Glu G-6-P F-6-P F-1,6-2P ATP ADP ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 丙酮酸丙酮酸 磷酸二磷酸二 羟丙酮羟丙酮 3-磷酸磷酸 甘油醛甘油醛 NAD+ NADH+H+ ADP ATP

17、 ADP ATP 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 在以上反应中，底物分子内部能量重在以上反应中，底物分子内部能量重 新分布，生成高能键，使新分布，生成高能键，使ADP磷酸化生成磷酸化生成 AT P 的 过 程 ， 称 为的 过 程 ， 称 为 底 物 水 平 磷 酸 化底 物 水 平 磷 酸 化 (substrate level phosphorylation) 。 3-磷酸甘油酸转变为磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 磷酸甘油酸 变位酶 磷酸甘油酸变位酶 (phosphoglycerate mutase) 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 COOH COH CH2POP PO 2-磷酸甘油

18、酸磷酸甘油酸 COOH C CH2 POP PO OHOH Glu G-6-P F-6-P F-1,6-2P ATP ADP ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 丙酮酸丙酮酸 磷酸二磷酸二 羟丙酮羟丙酮 3-磷酸磷酸 甘油醛甘油醛 NAD+ NADH+H+ ADP ATP ADP ATP 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸 烯醇化酶 (enolase) 2- 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 COOH C CH2 POP PO OHOH + H2O 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸

19、烯醇式丙酮酸 (phosphoenolpyruvate, PEP) COOH C CH2 P PO Glu G-6-P F-6-P F-1,6-2P ATP ADP ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 丙酮酸丙酮酸 磷酸二磷酸二 羟丙酮羟丙酮 3-磷酸磷酸 甘油醛甘油醛 NAD+ NADH+H+ ADP ATP ADP ATP 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 ADP ATP K+ Mg2+ 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 (pyruvate kinase) 磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸，磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸， 并并 通过通过底物

20、水平磷酸化生成底物水平磷酸化生成ATP 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 COOH C CH2 P PO 丙酮酸丙酮酸 COOH C=O CH3 Glu G-6-P F-6-P F-1,6-2P ATP ADP ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 丙酮酸丙酮酸 磷酸二磷酸二 羟丙酮羟丙酮 3-磷酸磷酸 甘油醛甘油醛 NAD+ NADH+H+ ADP ATP ADP ATP 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 第二阶段：丙酮酸转变成乳酸 NADH+H+ 来自于上述第来自于上述第6步反应中步反应中 的的 3-磷酸甘油醛脱氢反应。磷酸甘

21、油醛脱氢反应。 丙酮酸丙酮酸 乳酸乳酸 乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶(LDH) NADH + H+ NAD+ 乳酸乳酸 糖酵解过程 一次脱氢一次脱氢 二次底物二次底物 水平磷酸化水平磷酸化 已糖激酶已糖激酶 6-磷酸果糖磷酸果糖 激酶激酶-1 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 三个关键酶三个关键酶 E1:己糖激酶己糖激酶 E2: 6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 E3: 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 NAD+ 乳乳 酸酸 糖酵解的代谢途径 GluG-6-PF-6-PF-1, 6-2P ATP ADP ATPADP 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 丙丙 酮酮 酸酸 磷酸

22、二羟丙酮磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 NAD+ NADH+H+ ADP ATP ADP ATP 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 E2 E1 E3 NADH+H+ 糖酵解的要点 一次脱氢（一次脱氢（NADH） 二个底物水平磷酸化反应二个底物水平磷酸化反应 三次不可逆反应三次不可逆反应 关键酶有：关键酶有：己糖激酶或葡萄糖激酶己糖激酶或葡萄糖激酶 6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 产能：生成产能：生成4个个ATP，消耗，消耗2个个ATP， 净生成净生成2个个ATP 果糖果糖 己糖激酶 Glu G-6-P F-6-P F-1,6-2P ATP ADP ATP ADP

23、 丙酮酸丙酮酸 半乳糖半乳糖 1-磷酸半乳糖磷酸半乳糖 1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 半乳糖激酶 变位酶 甘露糖甘露糖 6-磷酸甘露糖磷酸甘露糖 己糖激酶 变位酶 除葡萄糖外，其它除葡萄糖外，其它 己糖也可转变成己糖也可转变成磷酸己磷酸己 糖糖而进入酵解途径。而进入酵解途径。 关键酶关键酶 己糖激酶己糖激酶 6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 调节方式调节方式 变构调节变构调节 共价修饰调节共价修饰调节 （二）糖酵解的调节 1. 6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 变构调节：变构调节： 激活剂激活剂 AMP、ADP 1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖 （正反馈）（正反馈） 2，6-二磷

24、酸果糖二磷酸果糖 抑制剂抑制剂 柠檬酸柠檬酸、 ATP（高浓度）高浓度） 此酶有二个结合此酶有二个结合ATP的部位：的部位： 活性中心底物结合部位（低浓度时）活性中心底物结合部位（低浓度时） 活性中心外别构调节部位（高浓度时）活性中心外别构调节部位（高浓度时） F-6-P F-1,6-2P ATP ADP PFK-1 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶 Pi PKA ATP ADP Pi 胰高血糖素胰高血糖素 ATP cAMP 活化活化 F-2,6-2P + + + /+ AMP + 柠檬酸柠檬酸 AMP + 柠檬酸柠檬酸 PFK-2 （有活性）有活性） FBP-2 （无活性）无活性） 6-磷酸果糖激酶

25、磷酸果糖激酶-2 PFK-2 （无活性）无活性） FBP-2 （有活性）有活性） PP 果糖双磷酸酶果糖双磷酸酶-2 6-磷酸果糖磷酸果糖 激酶激酶-1的调节的调节 2. 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 变构调节：激活剂变构调节：激活剂 1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖 抑制剂抑制剂 ATP、丙氨酸丙氨酸 共价修饰调节：丙酮酸激酶被磷酸化后共价修饰调节：丙酮酸激酶被磷酸化后 即失活即失活 ATP ADP Pi 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 （有活性） 胰高血糖素胰高血糖素 PKA, CaM激酶激酶 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 （无活性）（无活性） P ATP cAMP 丙酮酸激酶的丙酮酸激酶的

26、共价修饰调节共价修饰调节 3. 葡萄糖激酶或己糖激酶葡萄糖激酶或己糖激酶 * 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖可反馈抑制己糖激酶，可反馈抑制己糖激酶， 但肝葡萄糖激酶不受其抑制。但肝葡萄糖激酶不受其抑制。 * 长链脂肪酰长链脂肪酰CoA可别构抑制肝葡萄糖激酶。可别构抑制肝葡萄糖激酶。 * 胰岛素胰岛素可诱导葡萄糖激酶基因的表达，促进可诱导葡萄糖激酶基因的表达，促进 酶蛋白的合成。酶蛋白的合成。 迅速提供能量迅速提供能量 机体在缺氧情况下获取能量的有效方式机体在缺氧情况下获取能量的有效方式 某些细胞在氧供应正常情况下的重要供某些细胞在氧供应正常情况下的重要供 能途径。能途径。 无线粒体的细胞，如：红细胞

27、无线粒体的细胞，如：红细胞 代谢活跃的细胞，如：白细胞、骨髓细胞代谢活跃的细胞，如：白细胞、骨髓细胞 （三）糖酵解的生理意义 v 糖的无氧氧化小结 事件：糖酵解事件：糖酵解 地点：胞浆地点：胞浆 条件：缺氧条件：缺氧 目的：快速产能目的：快速产能 领衔主演：葡萄糖（领衔主演：葡萄糖（G） 联合主演：己糖激酶联合主演：己糖激酶 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 后事如何？后事如何？ 产能的方式：产能的方式：底物水平磷酸化底物水平磷酸化 产能的数量：产能的数量：从从G开始开始 22 - 2= 2 ATP 从从Gn开始开始 22 - 1= 3 ATP 终产物乳酸的去路终产物乳酸的去

28、路 释放入血，进入肝脏再进一步代谢。释放入血，进入肝脏再进一步代谢。 u分解利用分解利用 u乳酸循环（糖异生）乳酸循环（糖异生） （一）有氧氧化的反应过程（一）有氧氧化的反应过程 1. 葡萄糖分解成丙酮酸葡萄糖分解成丙酮酸 2. 丙酮酸氧化脱羧生成乙酰丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA 3. 三羧酸循环及氧化磷酸化三羧酸循环及氧化磷酸化 （二）有氧氧化的生理意义（二）有氧氧化的生理意义 （三）有氧氧化的调节（三）有氧氧化的调节 二、糖的有氧氧化 糖的有氧氧化糖的有氧氧化(aerobic oxidation) 指在机体氧供充足时，指在机体氧供充足时，葡萄糖彻底氧化葡萄糖彻底氧化 成成H2O和和CO2，

29、并释放出并释放出能量能量的过程。的过程。 是机体主要供能方式。是机体主要供能方式。 * 部位：胞液及线粒体部位：胞液及线粒体 * * 概念概念 糖的有氧氧化概况 O2O2O2 胞液胞液线粒体线粒体 6-磷酸磷酸 葡萄糖葡萄糖 葡萄糖葡萄糖 丙酮酸丙酮酸 丙酮酸丙酮酸 乙酰乙酰CoA TAC CO2 H+e H2O （一）有氧氧化的反应过程（一）有氧氧化的反应过程 第一阶段：糖酵解途径（胞液）第一阶段：糖酵解途径（胞液） 第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧（线粒体）第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧（线粒体） 第三阶段：三羧酸循环及氧化磷酸化第三阶段：三羧酸循环及氧化磷酸化 （线粒体）（线粒体） 1.1.丙酮酸

30、的氧化脱羧丙酮酸的氧化脱羧 丙酮酸丙酮酸乙酰辅酶乙酰辅酶A 丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体 NAD， ， HSCoA NADHH ，CO2 丙酮酸进入线粒体，氧化脱羧为乙酰丙酮酸进入线粒体，氧化脱羧为乙酰CoA (acetyl CoA)。 总反应式总反应式: 丙酮酸脱氢酶复合体的组成丙酮酸脱氢酶复合体的组成 HSCoA NAD+ 酶酶 辅辅 酶酶 S S L 硫辛酸硫辛酸（ ) HSCoA FAD, NAD+ E3：二氢硫辛酰胺脱氢酶二氢硫辛酰胺脱氢酶 E2：二氢硫辛酰胺转乙酰酶二氢硫辛酰胺转乙酰酶 TPPE1：丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶 丙酮酸脱氢酶复合体催化的反应过程丙酮酸脱氢酶复合体

31、催化的反应过程 1. 丙酮酸脱羧形成羟乙基丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP。 2. 由二氢硫辛酰胺转乙酰酶由二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E2)催化形成乙酰硫辛催化形成乙酰硫辛 酰胺酰胺-E2。 3. 二氢硫辛酰胺转乙酰酶二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E2)催化生成乙酰催化生成乙酰CoA, 同时使硫辛酰胺上的二硫键还原为同时使硫辛酰胺上的二硫键还原为2个巯基。个巯基。 4. 二氢硫辛酰胺脱氢酶二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)使还原的二氢硫辛酰胺使还原的二氢硫辛酰胺 脱氢，同时将氢传递给脱氢，同时将氢传递给FAD。 5. 在二氢硫辛酰胺脱氢酶在二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)催化下，将催化下，将FADH2上上 的的H转移给转移

32、给NAD+，形成形成NADH+H+。 CO2 CoASH NAD+ NADH+H+ 5. NADH+H+ 的生成的生成 1. -羟乙基羟乙基-TPP的生成的生成 2.乙酰硫辛酰乙酰硫辛酰 胺的生成胺的生成 3.乙酰乙酰CoA 的生成的生成 4. 硫辛酰胺的生成硫辛酰胺的生成 （二）三羧酸循环（二）三羧酸循环 乙酰乙酰CoA进入由一连串反应构成的循环进入由一连串反应构成的循环 体系，被氧化生成体系，被氧化生成CO2和还原当量。由于这和还原当量。由于这 个循环反应开始于乙酰个循环反应开始于乙酰CoA与草酰乙酸缩合与草酰乙酸缩合 生成含有三个羧基的柠檬酸，因此称之为生成含有三个羧基的柠檬酸，因此称之

33、为三三 羧酸循环羧酸循环(tricarboxylic acid cycle，TAC)或或 柠檬酸循环。柠檬酸循环。 NAD+ NADH+ H+ NADH+H NAD NADH + H + GDP+Pi GTP FADH2 FAD + NAD + CO2 H 2 O CO2 乙酰乙酰 CoA (1) (5) (6) (7) (8) (3) (4) (2) 柠檬酸柠檬酸 异柠檬酸异柠檬酸 顺乌头酸顺乌头酸 -酮戊二酸酮戊二酸 琥珀酰琥珀酰 CoA 琥珀酸琥珀酸 延胡索酸延胡索酸 苹果酸苹果酸 草酰乙酸草酰乙酸 H O 2 H2O HSCoA HSCoA HSCoA H 2 O H 2 O 1 12

34、 2 3 34 4 (2) 三 羧 酸 循 环 的 反 应 过 程 草酰乙酸草酰乙酸 + 乙酰乙酰CoA 柠檬酸柠檬酸 柠檬酸合酶柠檬酸合酶 异柠檬酸异柠檬酸 HSCoA 异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶 - -酮戊二酸酮戊二酸 NADH + H+ NAD+ CO2 琥珀酰琥珀酰CoA -酮戊二酸酮戊二酸 脱氢酶复合体脱氢酶复合体 NADH + H+ NAD+ CO2 HSCoA 三 羧 酸 循 环 的 反 应 过 程 琥珀酸琥珀酸 延胡索酸延胡索酸 底物水平磷酸化底物水平磷酸化 HSCoA 苹果酸苹果酸 NADH + H+ NAD+ 草酰乙酸草酰乙酸 GDP+Pi GTP FAD FADH2 H

35、2O CoASH NADH+H+ NAD+ NAD+ NADH+H+ FAD FADH2 NADH+H+ NAD+ H2O H2O H2O CoASHCoASH H2O 柠檬酸合酶柠檬酸合酶 顺乌头酸梅顺乌头酸梅 异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶 -酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体 琥珀酰琥珀酰CoA合成酶合成酶 琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶 延胡索酸酶延胡索酸酶 苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶 GTPGDP ATPADP 核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶 乙酰乙酰CoA + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2H2O 2CO2 +3NADH +3H+ +FADH2 +GTP +HSCo

36、A GTP GDP ATPADP 三羧酸循环的要点 一次底物水平磷酸化（一次底物水平磷酸化（1分子分子GTP） 二次脱羧（二次脱羧（2分子分子CO2） 三次不可逆反应三次不可逆反应 关键酶有：关键酶有：柠檬酸合酶柠檬酸合酶 异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶 -酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体 四次脱氢四次脱氢 (1分子分子FADH2，3分子分子NADH+H+ ) 三羧酸循环的生理意义三羧酸循环的生理意义 v是三大营养物质氧化分解的共同途径；是三大营养物质氧化分解的共同途径； v是三大营养物质代谢联系的枢纽；是三大营养物质代谢联系的枢纽； v为其它物质代谢提供小分子前体；为其它物质代谢提供小

37、分子前体； v为呼吸链提供为呼吸链提供H+ + e。 （二）有氧氧化的生理意义（二）有氧氧化的生理意义 糖的有氧氧化是机体糖的有氧氧化是机体产能最主要的途径产能最主要的途径。 它不仅它不仅产能效率高产能效率高，而且由于产生的能量逐，而且由于产生的能量逐 步分次释放，相当一部分形成步分次释放，相当一部分形成ATP，所以所以能能 量的利用率也高量的利用率也高。 H+ + e 进入进入呼吸链呼吸链彻底氧化生成彻底氧化生成H2O 的的 同时同时ADP偶联磷酸化生成偶联磷酸化生成ATP。 NADH+H+ H2O、2.5ATP O H2O、1.5ATP FADH2 O 有氧氧化生成的ATP 有氧氧化生成的

38、有氧氧化生成的ATP 第三阶段第三阶段 第二阶段第二阶段 第一阶段第一阶段 30或或32 ATPATP产生产生辅酶辅酶反反 应应 -1葡萄糖葡萄糖 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 2.52 NAD+苹果酸苹果酸 草酰乙酸草酰乙酸 1.52FAD琥珀酸琥珀酸 延胡索酸延胡索酸 12琥珀酰辅酶琥珀酰辅酶A A 琥珀酸琥珀酸 2.52NAD+ -酮戊二酸酮戊二酸 琥珀酰辅酶琥珀酰辅酶A 2.52NAD+异柠檬酸异柠檬酸 -酮戊二酸酮戊二酸 2.52NAD+丙酮酸丙酮酸 乙酰辅酶乙酰辅酶A 12磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸丙酮酸 121,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 2

39、.5(或或1.5)2NAD+3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 -1 6-磷酸果糖磷酸果糖 1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖 糖酵解与有氧氧化的储能效率糖酵解与有氧氧化的储能效率 v糖酵解：糖酵解： +2ADP+2Pi +2ATP+2H2O G0 - 47kcal/mol （每（每mol ATP储能储能7.3kcal） 储能效率储能效率=2 7.3 / 47= 31% 提问提问：其余能量何处去？：其余能量何处去？ 答案答案：以热量形式。一部分维持体温，一部分散失。：以热量形式。一部分维持体温，一部分散失。 v有氧氧化：有氧氧化：C6H12O6 + 3032ADP + 303

40、2Pi6O2 3032ATP + 6CO244 H2O G0 -679kcal/mol 储能效率储能效率=32 (30)7.3/679= 34.4%（32.3%) v比世界上任何一部热机的效率都高！比世界上任何一部热机的效率都高！ （三）有氧氧化的调节（三）有氧氧化的调节 关关 键键 酶酶 酵解途径：酵解途径：己糖激酶己糖激酶 丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体 三羧酸循环：三羧酸循环：柠檬酸合酶柠檬酸合酶 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶 -酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体 1.1.丙酮酸脱氢酶

41、复合体的调节丙酮酸脱氢酶复合体的调节 v 变构调节：变构调节： 抑制剂抑制剂 ：乙酰：乙酰CoA、 ATP、 NADH 激活剂激活剂 ：AMP、ADP、NAD+ * 乙酰乙酰CoA/HSCoA 或或 NADH/NAD+ 时，时， 其活性会受到抑制。其活性会受到抑制。 v 共价修饰调节共价修饰调节 乙酰乙酰CoA 柠檬酸柠檬酸 草酰乙酸草酰乙酸 琥珀酰琥珀酰CoA - -酮戊二酸酮戊二酸 异柠檬酸异柠檬酸 苹果酸苹果酸 NADH FADH2 GTP ATP 异柠檬酸异柠檬酸 脱氢酶脱氢酶 柠檬酸合酶柠檬酸合酶 -酮戊二酸酮戊二酸 脱氢酶复合体脱氢酶复合体 ATP ADP ATP 柠檬酸 琥珀酰C

42、oA NADH 琥珀酰琥珀酰CoA NADH Ca2+ Ca2+ ATP、ADP的影响的影响 产物堆积引起抑制产物堆积引起抑制 循环中后续反应循环中后续反应 中间产物别位反馈抑中间产物别位反馈抑 制前面反应中的酶制前面反应中的酶 其他，如其他，如Ca2+可可 激活许多酶激活许多酶 2. 三羧酸循环的调节三羧酸循环的调节 ADP 三羧酸循环的调节三羧酸循环的调节 三羧酸循环与上游和下游反应相协调三羧酸循环与上游和下游反应相协调 三羧酸循环与酵解途径互相协调。三羧酸三羧酸循环与酵解途径互相协调。三羧酸 循环需要多少乙酰循环需要多少乙酰CoA，则酵解途径相应则酵解途径相应 产生多少丙酮酸以生成乙酰产

43、生多少丙酮酸以生成乙酰CoA； 氧化磷酸化速率影响三羧酸循环，前者速氧化磷酸化速率影响三羧酸循环，前者速 率降低，则后者速率也减慢。率降低，则后者速率也减慢。 有氧氧化的调节特点有氧氧化的调节特点 有氧氧化的调节是为了适应机体或器官有氧氧化的调节是为了适应机体或器官 对能量的需要对能量的需要 有氧氧化的调节通过对其有氧氧化的调节通过对其关键酶关键酶的调节的调节 实现实现 ATP/ADP或或ATP/AMP比值全程影响有氧比值全程影响有氧 氧化的速率氧化的速率 巴斯德效应 有氧氧化抑制生醇发酵（或糖酵解）有氧氧化抑制生醇发酵（或糖酵解） 的现象称为巴斯德效应（的现象称为巴斯德效应（Pastuer

44、effect）。）。 * 机制机制 有氧时，有氧时，NADH+H+进入线粒体内氧化，进入线粒体内氧化， 丙酮酸进入线粒体进一步氧化而不生成乳酸丙酮酸进入线粒体进一步氧化而不生成乳酸; 缺氧时，酵解途径加强，缺氧时，酵解途径加强，NADH+H+在胞在胞 浆浓度升高，丙酮酸作为氢接受体生成乳酸。浆浓度升高，丙酮酸作为氢接受体生成乳酸。 糖的有氧氧化与糖酵解的区别 机体产能的主要方式机体产能的主要方式 生理意义生理意义 糖酵解关键酶加上丙酮酸脱氢糖酵解关键酶加上丙酮酸脱氢 酶复合体，柠檬酸合酶，异柠酶复合体，柠檬酸合酶，异柠 檬酸脱氢酶，檬酸脱氢酶，-酮戊二酸脱氢酮戊二酸脱氢 酶复合体酶复合体 关键

45、酶关键酶 1mol葡萄糖净生成葡萄糖净生成 3032molATP 产能产能 糖原、葡萄糖糖原、葡萄糖H2O+CO2 底物产物底物产物 有氧有氧 需氧条件需氧条件 胞液，线粒体胞液，线粒体 反应部位反应部位 有氧氧化有氧氧化 迅速供能迅速供能 6-磷酸果糖激磷酸果糖激-1, 己糖激酶己糖激酶,丙酮酸激酶丙酮酸激酶 1mol葡萄糖净生成葡萄糖净生成 2molATP 糖原、葡萄糖糖原、葡萄糖乳酸乳酸 无氧或缺氧无氧或缺氧 胞液胞液 糖酵解糖酵解 * * 概念概念 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径是指由葡萄糖生成是指由葡萄糖生成磷酸磷酸 戊糖戊糖及及NADPH+H+，前者再进一步转变成前者再进一步转变成 3-

46、磷酸甘油醛和磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反应过程。磷酸果糖的反应过程。 三、磷酸戊糖途径 磷酸戊糖磷酸戊糖 * 细胞定位：胞细胞定位：胞 液液 第一阶段：氧化反应第一阶段：氧化反应 生成生成磷酸戊糖，磷酸戊糖，NADPH+H+及及CO2 （一）磷酸戊糖途径的反应过程（一）磷酸戊糖途径的反应过程 * 反应过程可分为二个阶段反应过程可分为二个阶段 第二阶段则是非氧化反应第二阶段则是非氧化反应 包括一系列基团转移。包括一系列基团转移。 C C C C COO CH2O H OH OH OHH H HO H P P 6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸 CH2OH C=O C C CH2O OH OHH H P P 5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖 NADPH+H+ NADP+ H2O NADP+ CO2 NADPH+H+ 6-磷酸葡萄糖脱氢酶 6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶 CH2OH C O 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 C C C C C CH2O H OH OH OH H H HO H H O P P 6-磷酸葡萄糖酸内酯磷酸葡萄糖酸内酯 C C C C C=O CH2O H OH OH H H HO H O P P 1. 磷酸戊糖生成磷酸戊糖生成 5-磷酸核糖磷酸核糖 v催化第一步脱氢反应的催化第一步脱氢反应的6-磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸葡萄糖脱氢酶 是此代谢途径的关键酶。是此代谢途径的